風力發電機組及其控制方法與流程

2023-12-10 11:59:52

本發明實施例涉及風力發電控制的技術領域，尤其涉及一種風力發電機組及其控制方法。

背景技術：

風力發電機是將風能轉化為機械能，機械能驅動轉子旋轉，最終輸出交流電的發電設備。為了保障風力發電機整機的正常運行，需要對風力發電機的各個系統進行控制。如對於永磁直驅風力發電機而言，在風力發電機運行過程中涉及到風力發電機的扭矩控制、發電機散熱系統控制、變流器散熱系統控制、變槳控制、制動控制、偏航控制等。

在目前的風力發電機的整機結構中，驅動電機雖然具有多繞組的結構，變流器也可以設置為多個，每個變流器採用背靠背母線相對獨立的結構，但由於驅動電機、機側開關、變流器、網側開關整體串聯共同構成一個發電電路，並由主控系統進行單個主線控制。所以在風力發電整機的某一功能單元出現故障時，主控系統只能對該類功能單元進行同一控制，例如只能同時停止運行驅動電機中的多繞組，或者同時改變相對獨立設置的多個變流器的控制參數，導致某一功能單元出現故障時，整個發電電路均受影響，進而不能對風力發電機組進行充分的利用，降低了風力發電機組的發電量。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種風力發電機組及其控制方法，解決了現有技術的風力發電機組中各功能單元整體串聯，並由主控系統進行單個主線控制造成的某一功能單元出現故障時，整個電能傳輸系統均受影響，進而不能對風力發電機組進行充分的利用，降低了風力發電機的發電量的技術問題。

第一方面，本發明實施例提供了一種風力發電機組，包括：

至少兩套電能傳輸系統，所述電能傳輸系統之間彼此並聯；

控制系統，其包括上層控制器以及與各套電能傳輸系統對應設置的控制子系統，每套控制子系統包括底層控制器；

其中，所述底層控制器用於監測對應電能傳輸系統中的功能單元的運行狀態參數，在根據所述運行狀態參數確定對應功能單元滿足異常條件的情況下，將所述對應功能單元的運行狀態參數發送給上層控制器；

所述上層控制器用於在根據所述對應功能單元的運行狀態參數確定對應功能單元發生故障的情況下，生成運行指令，控制所述電能傳輸系統依照所述運行指令進行工作。

第二方面，本發明實施例提供一種風力發電機組的控制方法，所述風力發電機組包括：至少兩套電能傳輸系統，所述電能傳輸系統之間彼此並聯；控制系統，其包括上層控制器以及與各套電能傳輸系統對應設置的控制子系統，每套控制子系統包括底層控制器；

所述控制方法包括：

所述底層控制器監測對應電能傳輸系統中的功能單元的運行狀態參數，在根據所述運行狀態參數確定對應功能單元滿足異常條件的情況下，將所述對應功能單元的運行狀態參數發送給上層控制器；

所述上層控制器在根據所述對應功能單元的運行狀態參數確定對應功能單元發生故障的情況下，生成運行指令，控制所述電能傳輸系統依照所述運行指令進行工作。

本發明實施例提供一種風力發電機組及風力發電機組的控制方法，該風力發電機組包括：至少兩套電能傳輸系統，電能傳輸系統之間彼此並聯；控制系統，其包括上層控制器以及與各套電能傳輸系統對應設置的控制子系統，每套控制子系統包括底層控制器；其中，底層控制器用於監測對應電能傳輸系統中的功能單元的運行狀態參數，在根據運行狀態參數確定對應功能單元滿足異常條件的情況下，將對應功能單元的運行狀態參數發送給上層控制器；上層控制器用於在根據對應功能單元的運行狀態參數確定對應功能單元發生故障的情況下，生成運行指令，控制電能傳輸系統依照運行指令進行工作。由於每套電能傳輸系統之間彼此並聯，電能傳輸系統中的相同功能單元彼此獨立，所以在某一功能單元出現故障時，只對該功能單元所在的電能傳輸系統產生影響，並不會影響其他套電能傳輸系統的正常運行，底層控制器能夠對對應的功能單元進行獨立監測，由上層控制器判斷出對應功能單元發生故障後，生成運行指令，控制所述故障電能傳輸系統依照所述運行指令進行工作，不影響非故障電能傳輸系統的正常運行，所以對風力發電機組的進行了充分利用，進而提高了風力發電機組的發電量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明風力發電機組實施例一的結構示意圖；

圖2為本發明風力發電機實施例二中控制系統的結構示意圖；

圖3為本發明風力發電機組的實施例三中上層控制器的結構示意圖；

圖4為本發明風力發電機組的實施例四中上層控制器的結構示意圖；

圖5為非故障電能傳輸系統發電機繞組的電流隨時間的變化情況示意圖；

圖6為電能傳輸系統發電機繞組的磁極的受力情況示意圖；

圖7為本發明風力發電機組的控制方法實施例一的流程圖；

圖8為本發明風力發電機組的控制方法實施例二的流程圖；

圖9為本發明風力發電機組的控制方法實施例三的流程圖；

圖10為發明風力發電機組的控制方法實施例四的流程圖；

圖11為兩套電能傳輸系統進行發電和切除故障電能傳輸系統進行發電的模式示意圖。

附圖標記：

1-發電子系統 11a-第一發電機繞組 11b-第一發電機繞組散熱器 11c-第一機側開關 11d-第一變流器 11e-第一變流器散熱器 12a-第二發電機繞組 12b-第二發電機繞組散熱器 12c-第二機側開關 12d-第二變流器 12e-第二變流器散熱器 2-控制系統 21-底層控制器 211-變流器中央控制模塊 211a1-第一變流器整流控制子模塊 211a2-第一變流器逆變控制子模塊 211b1-第二變流器整流控制子模塊 211b2-第二變流器逆變控制子模塊 212-開關控制模塊 213-發電機繞組散熱控制模塊 214-變流器散熱控制模塊 22-上層控制器 221-故障類型確定單元 222-運行模式確定單元 223-運行命令生成單元 223a-第一運行指令生成模塊 223b-第二運行指令生成模塊 223c-第三運行指令生成模塊 224-故障電能傳輸系統控制切除單元 225-調配控制參數計算單元 226-非故障電能傳輸系統控制單元 3-輸電子系統 31a-第一網側開關 31b-第一變壓器繞組 32a-第二網側開關 32b-第二變壓器繞組 501-U相上的第3條支路電流曲線(Coil#1u3) 502-U相上的第7條支路電流曲線(Coil#1u7) 503-V相上的第3條支路電流曲線(Coil#1v3) 504-V相上的第7條支路電流曲線(Coil#1v7) 505-W相上的第1條支路電流曲線(Coil#1w1) 506-W相上的第9條支路電流電流曲線(Coil#1w9) 507-W相的電流環流曲線 508-V相的電流環流曲線 509-U相的電流環流曲線

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

應當理解，本文中使用的術語「和/或」僅僅是一種描述關聯對象的關聯關係，表示可以存在三種關係，例如，A和/或B，可以表示：單獨存在A，同時存在A和B，單獨存在B這三種情況。另外，本文中字符「/」，一般表示前後關聯對象是一種「或」的關係。

取決於語境，如在此所使用的詞語「如果」可以被解釋成為「在……時」或「當……時」或「響應於確定」或「響應於檢測」。類似地，取決於語境，短語「如果確定」或「如果檢測(陳述的條件或事件)」可以被解釋成為「當確定時」或「響應於確定」或「當檢測(陳述的條件或事件)時」或「響應於檢測(陳述的條件或事件)」。

圖1為本發明風力發電機組實施例一的結構示意圖，本實施例提供的風力發電機組包括：至少兩套電能傳輸系統以及控制系統。至少兩套電能傳輸系統之間彼此並聯，每套電能傳輸系統具有相同的功能單元。每套電能傳輸系統可以獨立進行發電，也可以並聯發電。控制系統包括上層控制器以及與各套電能傳輸系統對應設置的控制子系統，每套控制子系統包括底層控制器。

本實施例中，在圖1中只示意出兩套電能傳輸系統的情景，根據發電量的需求，也可以為三套電能傳輸系統或四套電能傳輸系統等。本實施例中，對此不做限定。其中，該風力發電機組可以為永磁直驅發電機組或雙饋風力發電機組或其他類型，本實施例中對此不做限定。

具體地，本實施例中，風力發電機組包括至少兩套電能傳輸系統，各套電能傳輸系統之間彼此並聯，每套電能傳輸系統中具有功能相同的功能單元，各套電能傳輸系統之間的同類功能單元間彼此獨立。因此該風力發電機組中具有冗餘的電能傳輸系統。

本實施例中，各套電能傳輸系統分別包括發電子系統和輸電子系統。

發電子系統的功能單元包括：發電機繞組、發電機繞組散熱器；輸電子系統的功能單元包括：機側開關、變流器、變流器散熱器、網側開關和變壓器繞組。其中，發電機繞組、機側開關、變流器、網側開關和變壓器繞組依次串聯；發電機繞組散熱器用於為發電機繞組散熱，變流器散熱器用於為變流器散熱。

則如圖1所示，在第一發電子系統中包括：第一發電機繞組11a、第一發電機繞組散熱器11b；第一輸電子系統中包括：第一機側開關11c、第一變流器11d、第一變流器散熱器11e、第一網側開關31a、第一變壓器繞組31b；

在第二發電子系統中包括：第二發電機繞組12a、第二發電機繞組散熱器12b。第二輸電子系統中包括：第二機側開關12c、第二變流器12d、第二變流器散熱器12e、第二網側開關32a和第二變壓器繞組32b。

在圖1中控制系統與各功能單元相連的線路為控制線路，各功能單元之間相連的線路為電能傳輸路徑。

本實施例中，至少兩套發電子系統中的發電機繞組為雙繞組或多繞組。例如，可將雙繞組設置為雙Y繞組。每套輸電子系統中的變流器可以為背對背母線相對獨立結構。每套輸電子系統中的發電機繞組散熱器和變流器散熱器均可以為雙泵結構。機側開關和網側開關的類型不做限定。

其中，針對每套發電子系統中的每個功能單元，均設置有相應的底層控制器，底層控制器的一端與對應的功能單元相連，底層控制器的另一端與上層控制器相連。

本實施例中，底層控制器，用於監測對應電能傳輸系統中的功能單元的運行狀態參數，在根據運行狀態參數確定對應功能單元滿足異常條件的情況下，將對應功能單元的運行狀態參數發送給上層控制器；

上層控制器，用於在根據對應功能單元的運行狀態參數確定對應功能單元發生故障的情況下，生成運行指令，控制故障電能傳輸系統依照運行指令進行工作。

為更好地理解本實施例，通過各元件的結構位置關係確定的風力發電機組的控制方法可參見圖7。在實際應用中，每個底層控制器對應監測電能傳輸系統中的功能單元的運行狀態參數可根據功能單元的不同有所不同。如對於變流器，可監測變流器中整流模塊、逆變模塊、濾波模塊的運行溫度，變流器心跳信號等。對於發電機繞組，監測的運行狀態參數可以為三相電電流是否平衡、發電機繞組的溫度等。

本實施例中，每個底層控制器根據運行狀態參數判斷對應功能單元的是否滿足異常條件的方法可以預先存儲每個功能單元的運行狀態參數異常的數值範圍，將監測到的運行狀態參數的數值與運行狀態參數異常的數值範圍進行對比，若落入在異常的數值範圍內，則確定對應功能單元滿足異常條件。判斷對應功能單元的是否滿足異常條件也可以為其他方法，本實施例中對此不做限定。

本實施例中，上層控制器根據對應功能單元的運行狀態參數確定對應功能單元是否發生故障的方法不做限定。如可以預存有每個功能單元的故障條件，判斷對應功能單元的運行狀態參數是否滿足故障條件，若滿足，則確定對應功能單元發生故障，也可以採用其他方法判斷對應功能單元是否發生故障，本實施例中對此不做限定。

本實施例中，在根據對應功能單元的運行狀態參數確定對應功能單元發生故障的情況下確定對應功能單元發生故障後，可自動生成運行指令，也可在接收到使能信號後，生成運行指令，控制故障電能傳輸系統依照運行指令進行工作。運行指令可以為對故障電能傳輸系統進行切除的指令；也可為調節故障電能傳輸系統運行狀態的指令，如調節故障電能傳輸系統中的運行參數以使故障電能傳輸系統恢復正常的指令；還可以為控制非故障電能傳輸系統的運行狀態的指令。

本實施例中，在上層控制器控制故障電能傳輸系統依照運行指令進行工作時，由於該故障電能傳輸系統與非故障電能傳輸系統之間彼此並聯，所以非故障電能傳輸系統能夠正常運行，繼續進行發電輸電工作。

本實施例提供的風力發電機組，包括：至少兩套電能傳輸系統，電能傳輸系統之間彼此並聯；控制系統，其包括上層控制器以及與各套電能傳輸系統對應設置的控制子系統，每套控制子系統包括底層控制器；其中，底層控制器用於監測對應電能傳輸系統中的功能單元的運行狀態參數，在根據運行狀態參數確定對應功能單元滿足異常條件的情況下，將對應功能單元的運行狀態參數發送給上層控制器；上層控制器用於在根據對應功能單元的運行狀態參數確定對應功能單元發生故障的情況下，生成運行指令，控制電能傳輸系統依照運行指令進行工作。由於每套電能傳輸系統之間彼此並聯，電能傳輸系統中的相同功能單元彼此獨立，所以在某一功能單元出現故障時，只對該功能單元所在的電能傳輸系統產生影響，並不會影響其他套電能傳輸系統的正常運行，底層控制器能夠對對應的功能單元進行獨立監測，由上層控制器判斷出對應功能單元發生故障後，生成運行指令，控制故障電能傳輸系統依照運行指令進行工作，不影響非故障發電電路的正常運行，所以對風力發電機組的進行了充分利用，提高了對風力發電機組的充分利用。進而提高了風力發電機組的發電量。

圖2為本發明風力發電機組的實施例二中控制系統的結構示意圖，在圖2中除變流器的底層控制器外，其他的底層控制器和上層控制器只畫出了一套。變流器對應的底層控制器為兩套。如圖2所示，本實施提供的風力發電機組在本發明風力發電機組實施例一的基礎上，是對控制系統的底層控制器和上層控制器的進一步細化，則本實施例提供的風力發電機組包括以下特徵。

控制系統的每套控制子系統中的底層控制器包括：變流器中央控制模塊211、開關控制模塊212、發電機繞組散熱控制模塊213、變流器散熱控制模塊214。

其中，變流器中央控制模塊211，用於對整個變流器進行控制和管理。

進一步地，變流器中央控制模塊211包括：整流控制子模塊和逆變控制子模塊。

其中，整流控制子模塊用於控制電能傳輸系統中變流器的整流模塊的工作狀態，且監測整流模塊的運行狀態參數。逆變控制子模塊用於控制電能傳輸系統中變流器的逆變模塊的工作狀態，且監測逆變模塊的運行狀態參數。

在圖2中示意出的變流器中央控制模塊211包括：第一變流器整流控制子模塊211a1和第一變流器逆變控制子模塊211a2、第二變流器整流控制子模塊211b1和第二變流器逆變控制子模塊211b2。

具體地，本實施例中，整流控制子模塊監測電能傳輸系統中變流器的整流模塊的運行狀態參數，在根據運行狀態參數確定整流模塊滿足異常條件的情況下，將整流模塊的運行狀態參數發送給變流器中央控制模塊，並由變流器中央控制模塊發送給上層控制器，上層控制器在根據整流模塊的運行狀態參數確定整流模塊發生故障的情況下，生成運行指令，通過變流器中央控制模塊和整流控制子模塊控制電能傳輸系統中變流器的整流模塊的工作狀態。

同理，逆變控制子模塊監測電能傳輸系統中變流器的逆變模塊的運行狀態參數，在根據運行狀態參數確定逆變模塊滿足異常條件的情況下，將逆變模塊的運行狀態參數發送給變流器中央控制模塊，並由變流器中央控制模塊發送給上層控制器，上層控制器在根據逆變模塊的運行狀態參數確定逆變模塊發生故障的情況下，生成運行指令，通過變流器中央控制模塊和逆變控制子模塊控制電能傳輸系統中變流器的逆變模塊的工作狀態。

本實施例中，開關控制模塊212用於控制機側開關和網側開關的工作狀態。

優選地，變流器中央控制模塊211設置在變流器中，可以理解的是，整流控制子模塊和逆變控制子模塊也設置在變流器中。

優選地，開關控制模塊212、發電機繞組散熱控制模塊213、變流散熱控制模塊214設置在主控櫃中。

需要說明的是，變流器中央控制模塊既對變流器進行控制，也對發電機繞組進行控制。

本實施例提供的風力發電機組的底層控制器包括：變流器中央控制模塊、開關控制模塊、發電機繞組散熱控制模塊、變流器散熱控制模塊。其中，變流器中央控制模塊包括：整流控制子模塊和逆變控制子模塊。整流控制子模塊用於控制電能傳輸系統中變流器的整流模塊的工作狀態，且監測整流模塊的運行狀態參數，逆變控制子模塊用於控制電能傳輸系統中變流器的逆變模塊的工作狀態，且監測逆變模塊的運行狀態參數。開關控制模塊用於控制機側開關和網側開關的工作狀態。

優選地，上層控制器、開關控制模塊、發電機繞組散熱控制模塊、變流散熱控制模塊設置在主控櫃中；變流器中央控制模塊設置在變流器中，更方便地對發電電路中的功能單元的運行狀態參數進行監測，並且便於對控制器的管理。

圖3為本發明風力發電機組的實施例三中上層控制器的結構示意圖，如圖3所示，本實施提供的風力發電機組在本發明風力發電機組實施例二的基礎上，對上層控制器的進一步細化，則本實施例提供的風力發電機組還包括以下特徵。

本實施例提供的風力發電機組的上層控制器具體包括：故障類型確定單元221、運行模式確定單元222和運行命令生成單元223。

進一步地，故障類型確定單元221，用於根據對應功能單元的運行狀態參數判斷對應功能單元是否發生故障，若發生故障，則確定故障類型。

具體地，本實施例中，故障類型確定單元221可預先對電能傳輸系統的故障進行分類，並將故障類型進行存儲。在根據對應功能單元的運行狀態參數確定對應功能單元發生故障後，根據預存儲的故障類型，確定對應功能單元所屬的故障類型。

進一步地，運行模式包括以下模式的任意一種：

在線自動切除模式、離線自動切除模式和被動切除模式。

其中，在線自動切除模式為不進行停機就可自動控制故障電能傳輸系統切除的模式。離線自動切除模式為進行停機並重啟後，可自動控制故障電能傳輸系統切除的模式。被動切除模式為技術人員手動發送切除使能信號，並由控制系統控制故障電能傳輸系統切除的模式。

本實施例中，故障類型確定單元221可根據運行模式對故障類型進行分類，如可進行在線自動切除模式的故障類型劃分為第一故障類型，可進行離線自動切除模式的故障類型劃分為第二故障類型，可進行被動切除模式的故障類型劃分為第三故障類型。

進一步地，運行模式確定單元222，與故障類型確定單元221相連，用於根據預存的故障類型與運行模式的對應關係，確定故障電能傳輸系統的運行模式。

具體地，本實施例中，運行模式確定單元222預先存儲有故障類型與運行模式的對應關係。即第一故障類型與在線自動切除模式相對應，第二故障類型與離線自動切除模式相對應，第三故障類型與被動切除模式行對應。根據對應功能單元所屬的故障類型，查找預存的故障類型與運行模式的對應關係，確定與對應功能單元所屬的故障類型對應的切除模式。

進一步地，運行命令生成單元223，與運行模式確定單元222相連，用於根據運行模式生成運行指令。

優選地，本實施例中，運行指令生成單元223包括：第一運行指令生成模塊223a、第二運行指令生成模塊223b和第三運行指令生成模塊223c。

其中，若運行模式為在線自動切除模式，則第一運行指令生成模塊223a用於在未停止風力發電機組運行的狀態下，自動生成切除指令。

若運行模式為離線自動切除模式，則第二運行指令生成模塊223b用於控制風力發電機組停止運行，判斷風力發電機組是否重新啟動，若風力發電機組重新啟動，則自動生成切除指令。

若運行模式為被動切除模式，則第三運行指令生成模塊223c用於判斷是否接收到切除使能信號，若接收到切除使能信號，則根據切除使能信號，生成切除指令。

具體地，本實施例中，若運行模式為被動切除模式，則第三運行指令生成模塊223c向中控裝置發送提示信息，以使技術人員對故障再次進行確認後，若能夠通過切除故障電能傳輸系統，其他非故障電能傳輸系統能夠繼續進行發電，則技術人員通過中控裝置向上層控制器發送切除使能信號，第三運行指令生成模塊223c根據切除使能信號，生成切除指令。

進一步地，上層控制器還包括：故障電能傳輸系統控制切除單元224。

其中，故障電能傳輸系統控制切除單元224與運行命令生成單元223相連，用於控制故障電能傳輸系統依照據切除指令停止工作，從風力發電機組中切除。

所以，本實施例中，第一運行指令生成模塊223a、第二運行指令生成模塊223b或第三運行指令生成模塊223c在生成切除指令後，故障電能傳輸系統控制切除單元224控制故障電能傳輸系統依照切除指令停止工作。

本實施例提供的風力發電機組，通過底層控制器監測對應電能傳輸系統中的功能單元的運行狀態參數，在根據運行狀態參數確定對應功能單元滿足異常條件的情況下，將對應功能單元的運行狀態參數發送給上層控制器，上層控制器中的故障類型確定單元根據對應功能單元的運行狀態參數判斷對應功能單元是否發生故障，若發生故障，則確定故障類型，運行模式確定單元根據故障類型和預存的故障類型與運行模式的對應關係，確定電能傳輸系統的運行模式，運行命令生成單元根據運行模式生成運行指令。

其中，運行模式為在線自動切除模式、離線自動切除模式或被動切除模式，運行指令為切除指令，故障電能傳輸系統控制切除單元控制故障電能傳輸系統依照切除指令停止工作，故障電能傳輸系統從風力發電機組中切除。不僅對風力發電機組進行了充分利用，提高了風力發電機組的發電量。並且面對多種故障類型，若不能對故障進行恢復，直接對故障電能傳輸系統進行切除處理。

圖4為本發明風力發電機組的實施例四中的上層控制器的結構示意圖，如圖4所示，本實施提供的風力發電機組在本發明風力發電機組實施例三的基礎上，對上層控制器的進一步細化。

進一步地，本實施例中，上層控制器還包括：調配控制參數計算單元225和非故障電能傳輸系統控制單元226。

調配控制參數計算單元225，用於計算非故障電能傳輸系統中的調配控制參數。

具體地，本實施例中，調配的控制參數例如包括：非故障電能傳輸系統中發電機的扭矩設定值、無功給定值、發電機的電感值、電阻值和磁鏈的數據。

調配的控制參數還可以包括：抑制電流環流的調配控制參數等。

其中，非故障電能傳輸系統中發電機的電感值、電阻值和磁鏈的數據為非故障電能傳輸系統中發電機繞組的參數。

本實施例中，非故障電能傳輸系統中發電機繞組的參數通過對故障電能傳輸系統的切除後的仿真和測試來確定，或者在故障電能傳輸系統切除後，由變流器中央控制模塊獲取非故障電能傳輸系統中變流器的電流和電壓的變化情況，並發送給上層控制器，由上層控制器根據電流和電壓的變化情況計算非故障電能傳輸系統中的繞組的參數。

非故障電能傳輸系統控制單元226，與調配控制參數計算單元225相連，用於依照調配控制參數，控制非故障電能傳輸系統的運行狀態。

具體地，本實施例中，調配控制參數計算單元225依照調配控制參數中的發電機的扭矩設定值、無功給定值、發電機的電感值、電阻值和磁鏈的數據，控制非故障電能傳輸系統中的發電機的運行狀態，使發電機能夠增大發電量，使其滿足要求。並且調配控制參數計算單元225可依照抑制電流環流的調配控制參數，控制發電機繞組中的電流環流。

本實施例提供的風力發電機組，底層控制器監測對應電能傳輸系統中的功能單元的運行狀態參數，在根據運行狀態參數確定對應功能單元滿足異常條件的情況下，將對應功能單元的運行狀態參數發送給上層控制器，上層控制器用於根據對應功能單元的運行狀態參數判斷對應功能單元是否發生故障，若發生故障，則確定故障類型，根據故障類型和預存的故障類型與運行模式的對應關係，確定電能傳輸系統的運行模式，根據運行模式生成運行指令；其中，運行模式為在線自動切除模式、離線自動切除模式或被動切除模式，運行指令為切除指令，控制故障電能傳輸系統依照切除指令停止運行，使得故障電能傳輸系統從風力發電機組中切除；上層控制器中的調配控制參數計算單元計算非故障電能傳輸系統中的調配控制參數，非故障電能傳輸系統控制單元，用於依照調配控制參數，控制非故障電能傳輸系統的運行狀態，不僅對風力發電機組進行了充分利用，提高了風力發電機組的發電量。並且在對故障電能傳輸系統切除後，非故障的電能傳輸系統也能滿足發電需求。

由於本發明的風力發電機組中發電機採用雙繞組或多繞組的結構。在未對某一電能傳輸系統進行切除時，各套發電機繞組的U/V/W三相在空間上均布對稱，因此在同相間包括的並聯設置的不同支路間不存在電流環流。由於在故障電能傳輸系統切除後，剩下的發電機繞組的U/V/W三相在空間上非均布對稱，所以在同相間包括的並聯設置的不同支路間存在電流環流，電流環流會導致發電機繞組局部發熱嚴重，同時在磁極上產生相應頻率的徑向力和切向力，同時還會與感應電動勢的基波綜合作用產生紋波扭矩。磁極上徑向力和切向力的增加與新產生的紋波轉矩會引起發電機較大的振動，影響發電機的使用壽命。並且發電機振動會產生相應頻率的噪聲音調。

以直驅永磁發電機為例，若該直驅永磁發電機有兩套電能傳輸系統，在故障電能傳輸系統切除後，採集非故障電能傳輸系統繞組的電流隨時間的變化情況，以及磁極的受力情況。

具體地，圖5為非故障電能傳輸系統發電機繞組的電流隨時間的變化情況示意圖。在圖5中為非故障電能傳輸系統發電機單繞組情況下U/V/W三相的電流情況，每相包括並聯設置的八個支路，採集同相中的八個支路中各自的電流，獲取最大電流和最小電流。如圖5中501和502兩條曲線分別為U相上的第3條支路電流曲線和第7條支路電流曲線，其分別為U相上的最大電流和最小電流。同理，503和504兩條曲線分別為V相上的第3條支路電流曲線和第7條支路電流曲線，其分別為V相上的最大電流和最小電流。505和506兩條曲線分別為W相上的第1條支路電流曲線和第9條支路電流電流曲線，其分別為W相的最大電流和最小電流。而圖5中的下部的三條曲線分別為各相中的最大電流支路和最小電流支路上的電流差形成的曲線，分別為對應的電流環流。曲線509為U相的電流環流，曲線508為V相的電流環流，曲線507為W相的電流環流。通過將最大電流環流與對應的最大電流進行對比，最大電流環流為額定電流的5.7％。

具體地，圖6為電能傳輸系統發電機繞組的磁極的受力情況示意圖。如圖6所示，圖中的四個曲線分別為在雙繞組或單繞組運行情況下磁極切向力與徑向力隨時間變化曲線。從圖6中可以看出，在對故障電能傳輸系統的進行切除後，非故障電能傳輸系統的單繞組運行時單個磁極的切向力與徑向力會增加很多，增幅大約為3％。

所以，為了抑制由於故障電能傳輸系統的切除對非故障電能傳輸系統的影響，抑制發電機的振動，降低發電機振動產生的相應頻率的噪聲音調，則本實施例提供的風力發電機組在本發明風力發電機組實施例四的基礎上還包括以下特徵。

進一步地，本實施例中，調配控制參數為：諧波電流的調配控制參數。

調配控制參數計算單元225，具體用於根據非故障電能傳輸系統運行時發電機繞組產生的電流環流計算諧波電流的調配控制參數。

其中，諧波電流為抑制電流環流的電流。諧波電流的調配控制參數包括：振幅、相位和頻率。

具體地，本實施例中，通過對非故障電能傳輸系統的監測，採集電流環流，確定電流環流的振幅、相位和頻率。則計算諧波電流的振幅等於電流環流的振幅，諧波電流的相位與電流環流的相位相反，諧波電流的頻率等於電流環流的頻率。

非故障電能傳輸系統控制單元226，具體用於依照諧波電流的調配控制參數，控制非故障電能傳輸系統中變流器的逆變模塊注入諧波電流，以消除電流環流。

具體地，本實施例中，依照諧波電流的振幅、相位和頻率，控制非故障電能傳輸系統中變流器的逆變模塊生成諧波電流，並注入該諧波電流，由於諧波電流的振幅和頻率與電流環流的振幅和頻率相等，並且相位相反，使注入的諧波電流能夠消除電流環流。電流環流的消除使磁極上產生的徑向力和切向力降低到沒有切除故障電能傳輸系統前的量，進而抑制了發電機的振動，也抑制了噪聲音調。

本實施例提供的風力發電機組，在上層控制器中的故障電能傳輸系統控制切除單元控制故障電能傳輸系統依照切除指令停止運行，從風力發電機組中切除後，調配控制參數計算單元根據非故障電能傳輸系統運行時發電機繞組產生的電流環流計算諧波電流的調配控制參數；非故障電能傳輸系統控制單元，依照諧波電流的調配控制參數，控制非故障電能傳輸系統中變流器的逆變模塊注入諧波電流，以消除電流環流。不僅對風力發電機組進行了充分利用，提高了風力發電機組的發電量。並且電流環流的消除使磁極上產生的徑向力和切向力降低到沒有切除故障電能傳輸系統前的量，進而抑制了發電機的振動，也抑制了噪聲音調。

圖7為本發明風力發電機組的控制方法實施例一的流程圖，本實施例提供的風力發電機組的控制方法用於對上述實施例提供的風力發電機組進行控制。同時，為更好地理解本實施例，各元件的結構位置關係等可以參見圖1。該風力發電機的控制方法應用在本發明實施例一提供的風力發電機組中，該風力發電機組包括：至少兩套電能傳輸系統，電能傳輸系統之間彼此並聯；控制系統，其包括上層控制器以及與各套電能傳輸系統對應設置的控制子系統，每套控制子系統包括底層控制器。則本實施例提供的風力發電機組的控制方法包括以下步驟。

步驟701，底層控制器監測對應電能傳輸系統中的功能單元的運行狀態參數，在根據所述運行狀態參數確定對應功能單元滿足異常條件的情況下，將所述對應功能單元的運行狀態參數發送給上層控制器。

本實施例中，如圖2所示，針對每套控制子系統，底層控制器分別為：變流器中央控制模塊、開關控制模塊、發電機繞組散熱控制模塊和變流器散熱控制模塊。

本實施例中，每個底層控制器對應監測電能傳輸系統中的功能單元的運行狀態參數可根據功能單元的不同有所不同。

本實施例中，每個底層控制器根據運行狀態參數判斷對應功能單元的是否滿足異常條件的方法也不做限定，

本實施例中，對每個底層控制器對應監測電能傳輸系統中的功能單元的運行狀態參數的描述、每個底層控制器根據運行狀態參數判斷對應功能單元的是否滿足異常條件的方法的描述具體可參見本發明風力發電機組實施例一中的相應描述，在此不再一一贅述。

步驟702，上層控制器在根據所述對應功能單元的運行狀態參數確定對應功能單元發生故障的情況下，生成運行指令，控制所述故障電能傳輸系統依照所述運行指令進行工作。

本實施例中，上層控制器與控制子系統中的每個底層控制器連接，通過總線或乙太網進行通信。

具體地，本實施例中，上層控制器根據對應功能單元的運行狀態參數確定對應功能單元是否發生故障的方法不做限定。如可以預存有每個功能單元的故障條件，判斷對應功能單元的運行狀態參數是否滿足故障條件，若滿足，則確定對應功能單元發生故障，也可以採用其他方法判斷對應功能單元是否發生故障，本實施例中對此不做限定。

本實施例中，在確定對應功能單元發生故障後，對發送運行指令的方式也不做限定。

本實施例中，控制器根據對應功能單元的運行狀態參數確定對應功能單元是否發生故障的方法的描述、在確定對應功能單元發生故障後，對發送運行指令的方式描述具體可參見本發明風力發電機組實施例一中的相應描述，在此不再一一贅述。

本實施例提供的風力發電機組的控制方法，通過底層控制器監測對應電能傳輸系統中的功能單元的運行狀態參數，在根據所述運行狀態參數確定對應功能單元滿足異常條件的情況下，將所述對應功能單元的運行狀態參數發送給上層控制器；上層控制器在根據所述對應功能單元的運行狀態參數確定對應功能單元發生故障的情況下，生成運行指令，控制所述故障電能傳輸系統依照所述運行指令進行工作。由於風力發電機組中每套電能傳輸系統彼此並聯，電能傳輸系統中的相同功能單元彼此獨立，所以在某一功能單元出現故障時，只對該功能單元所在的電路產生影響，並不會影響其他套電能傳輸系統的正常運行，底層控制器能夠對對應的功能單元進行獨立監測，由上層控制器判斷出對應功能單元發生故障後，生成運行指令，控制所述故障電能傳輸系統依照所述運行指令進行工作，不影響非故障發電電路的正常運行，所以對風力發電機組的進行了充分利用。進而提高了風力發電機組的發電量。

圖8為本發明風力發電機組的控制方法實施例二的流程圖，如圖8所示，本實施例提供的風力發電機組的控制方法是對本發明風力發電機組的控制方法實施例一的步驟702的進一步細化，同時，為更好地理解本實施例，各元件的結構位置關係等可以參見圖3。則本實施例提供的風力發電機組的控制方法包括以下步驟。

步驟801，底層控制器監測對應電能傳輸系統中的功能單元的運行狀態參數，在根據運行狀態參數確定對應功能單元滿足異常條件的情況下，將對應功能單元的運行狀態參數發送給上層控制器。

本實施例中，步驟801的實現方式與本發明風力發電機組的控制方法實施例一中的步驟701的實現方式相同，在此不再一一贅述。

步驟802，上層控制器根據對應功能單元的運行狀態參數判斷對應功能單元是否發生故障，若發生故障，則確定故障類型。

進一步地，本實施例中，預先將電能傳輸系統的故障進行分類，並將故障類型進行存儲。在根據對應功能單元的運行狀態參數確定對應功能單元發生故障後，根據預存儲的故障類型，確定對應功能單元所屬的故障類型。

本實施例中，可根據運行模式對故障類型進行分類，如可進行在線自動切除模式的故障類型劃分為第一故障類型，可進行離線自動切除模式的故障類型劃分為第二故障類型，可進行被動切除模式的故障類型劃分為第三故障類型。

步驟803，上層控制器根據預存的故障類型與運行模式的對應關係，確定故障電能傳輸系統的運行模式。

其中，運行模式包括以下模式的任意一種：

在線自動切除模式、離線自動切除模式、被動切除模式。

具體地，本實施例中，預先存儲有故障類型與運行模式的對應關係。即第一故障類型與在線自動切除模式相對應，第二故障類型與離線自動切除模式相對應，第三故障類型與被動切除模式行對應。根據對應功能單元所屬的故障類型，查找預存的故障類型與運行模式的對應關係，確定與對應功能單元所屬的故障類型對應的運行模式。

步驟804，上層控制器判斷運行模式是否為在線自動切除模式，若是，則執行步驟805，否則，執行步驟806。

進一步地，本實施例中，運行模式包括三種類型，首先判斷運行模式是否為在線自動切除模式，以進行最便捷的切除處理。

步驟805，上層控制器在未停止風力發電機組運行的狀態下，自動生成切除指令。

由於與在線自動切除模式對應的故障均為在不進行停機的情況下就能對對應的部件所在電能傳輸系統進行切除的故障，所以，若運行模式為在線自動切除模式，則在未停止風力發電機組運行的狀態下，自動生成切除指令，並執行步驟814。

例如，第一類故障包括變流器散熱液溫度過高、變流器Du/Dt模塊溫度過溫等，這些故障可以定位到發生故障的功能單元，進而定位到是哪一套電能傳輸系統發生故障。因此，在不停機的情況下，切除故障電能傳輸系統即可。

步驟806，上層控制器判斷運行模式是否為離線自動切除模式，若是，則執行步驟807，否則，執行步驟809。

步驟807，上層控制器控制風力發電機組停止運行。

步驟808，若風力發電機組重新啟動，則自動生成切除指令。

結合步驟806-步驟808對本實施例進行說明。具體地，本實施例中，離線自動切除模式為進行停機並重啟後可自動控制進行故障電能傳輸系統切除的模式，相較於在線自動切除模式，該模式需在在停機並確定可以重啟後才能自動控制進行故障發電電路的切除。

例如，第二類故障包括單發電迴路和變流器的心跳信號異常、水冷UPS電池反饋丟失等，這些故障並不能定位故障點。則在機組重新啟動時識別故障電能傳輸系統，再將其切除。

在執行步驟808後執行步驟814。

步驟809，上層控制器確定運行模式為被動切除模式。

步驟810，上層控制器判斷上層控制器是否接收到完全解決機組問題的指令，若是，則結束，否則，執行步驟811。

步驟811，上層控制器判斷是否接收到切除使能信號，若是，則執行步驟812，否則執行步驟813。

步驟812，上層控制器根據切除使能信號，生成切除指令。

步驟813，上層控制器控制風力發電機組停止運行，並進行維修操作。

結合步驟809-步驟813對本實施例進行說明。具體地，本實施例中，若運行模式不屬於在線自動切除模式和離線自動切除模式，則確定運行模式為被動切除模式。其中，被動切除模式需要技術人員幹預才能夠進行的切除模式。

例如，第三類故障包括單發電迴路繞組的三相電電流不平衡故障等。在技術人員通過中控裝置獲知風力發電機組發生了第三類故障，則到達現場後，對故障進行再次確定，解決故障，在故障完全解決掉後，通過中控裝置向上層控制器發送完全解決機組問題的指令，則風力發電機組不需要故障電能傳輸系統的切除即可繼續發電。若故障發生在一套電能傳輸系統中，而且短時間內不能進行解決，則通過中控裝置向上層控制器發送切除使能信號，以使上層控制器根據切除使能信號，生成切除指令。並執行步驟815。

步驟814，上層控制器控制故障電能傳輸系統依照據切除指令停止工作，從風力發電機組中切除。

本實施例中，由於運行模式為切除模式的任意一種，所以在生成切除指令後，控制故障電能傳輸系統依照切除指令停止工作，故障電能傳輸系統從風力發電機組中切除。

本實施例提供的風力發電機組的控制方法，通過底層控制器監測對應電能傳輸系統中的功能單元的運行狀態參數，在根據運行狀態參數確定對應功能單元滿足異常條件的情況下，將對應功能單元的運行狀態參數發送給上層控制器，上層控制器根據對應功能單元的運行狀態參數判斷對應功能單元是否發生故障，若發生故障，則確定故障類型，上層控制器根據預存的故障類型與運行模式的對應關係，確定故障電能傳輸系統的運行模式，其中，運行模式可以為在線自動切除模式或離線自動切除模式或被動切除模式。上層控制器根據運行模式生成運行指令，運行指令為切除指令，控制故障電能傳輸系統依照切除指令停止工作，故障電能傳輸系統從風力發電機組中切除。面對多種故障類型，分別採用對應的切除模式生成切除指令，不僅對風力發電機組的充分利用，提高了風力發電機組的發電量。並且面對多種故障類型，若不能對故障進行恢復，直接對故障電能傳輸系統進行切除處理。

圖9為本發明風力發電機組的控制方法實施例三的流程圖，如圖9所示，本實施例在本發明風力發電機組的控制方法實施例二的基礎上，在上層控制器控制故障電能傳輸系統依照據切除指令停止工作，從風力發電機組中切除之後，還包括以下步驟。

步驟901，上層控制器計算非故障電能傳輸系統中的調配控制參數。

具體地，調配的控制參數包括：非故障電能傳輸系統中發電機的扭矩設定值、無功給定值、發電機的電感值、電阻值和磁鏈的數據。

其中，非故障電能傳輸系統中發電機的電感值、電阻值和磁鏈的數據為非故障電能傳輸系統中發電機繞組的參數。

本實施例中，非故障電能傳輸系統中發電機繞組的參數的計算方法可參照本發明風力發電機組實施例四中的描述。

步驟902，上層控制器依照調配控制參數，控制非故障電能傳輸系統的運行狀態。

具體地，本實施例中，上層控制器依照調配控制參數中的發電機的扭矩設定值、無功給定值、發電機的電感值、電阻值和磁鏈的數據，控制非故障電能傳輸系統中的發電機的運行狀態，使發電機能夠增大發電量，使其滿足要求。

本實施例提供的風力發電機組的控制方法，在上層控制器控制故障電能傳輸系統依照據切除指令停止工作，從風力發電機組中切除之後，上層控制器計算非故障電能傳輸系統中的調配控制參數，其中調配控制參數包括：非故障電能傳輸系統中發電機的扭矩設定值、無功給定值、發電機的電感值、電阻值和磁鏈的數據。上層控制器依照調配控制參數，控制非故障電能傳輸系統的運行狀態。不僅對風力發電機組的充分利用，提高了風力發電機組的發電量。並且在對故障電能傳輸系統切除後，非故障的電能傳輸系統也能滿足發電需求。

圖10本發明風力發電機組的控制方法實施例四的流程圖，如圖10所示，本實施例在本發明風力發電機組的控制方法實施例三的基礎上，調配控制參數包括：諧波電流的調配控制參數，則上層控制器控制故障電能傳輸系統依照據切除指令停止工作，從風力發電機組中切除之後還包括以下步驟。

步驟1001，上層控制器根據非故障電能傳輸系統運行時發電機繞組產生的電流環流計算諧波電流的調配控制參數。

其中，諧波電流為抑制電流環流的電流。諧波電流的調配控制參數包括：振幅、相位和頻率。

具體地，本實施例中，通過對非故障電能傳輸系統的監測，採集電流環流，確定電流環流的振幅、相位和頻率。則計算諧波電流的振幅等於電流環流的振幅，諧波電流的相位與電流環流的相位相反，諧波電流的頻率等於電流環流的頻率。

步驟1002，上層控制器依照諧波電流的調配控制參數，控制非故障電能傳輸系統中變流器的逆變模塊注入諧波電流，以消除電流環流。

進一步地，本實施例中，依照諧波電流的振幅、相位和頻率，控制非故障電能傳輸系統中變流器的逆變模塊生成諧波電流，並注入該諧波電流，由於諧波電流的振幅和頻率與電流環流的振幅和頻率相等，並且相位相反，使注入的諧波電流能夠消除電流環流。電流環流的消除使磁極上產生的徑向力和切向力降低到沒有切除故障電能傳輸系統前的量，進而抑制了發電機的振動，也抑制了噪聲音調。

本實施例提供的風力發電機組的控制方法，在上層控制器中的故障電能傳輸系統控制切除單元控制故障電能傳輸系統依照切除指令停止運行，從風力發電機組中切除後，上層控制器根據非故障電能傳輸系統運行時發電機繞組產生的電流環流計算諧波電流的調配控制參數；上層控制器依照諧波電流的調配控制參數，控制非故障電能傳輸系統中變流器的逆變模塊注入諧波電流，以消除電流環流，不僅對風力發電機組的充分利用，提高了風力發電機組的發電量。並且電流環流的消除使磁極上產生的徑向力和切向力降低到沒有切除故障電能傳輸系統前的量，進而抑制了發電機的振動，也抑制了由於發動機的振動引起的噪聲音調。

為了說明本發明提供的風力發電機組的控制方法的技術效果，以某3MV風力發電機組為例進行說明。圖11為兩套電能傳輸系統進行發電和切除一套電能傳輸系統進行發電的模式示意圖，圖11中的橫坐標為風速，左側的縱坐標為某地形條件下的各風速段的百分比，右側的縱坐標為發電量。

如圖11所示，帶標記的曲線為威爾分布概率曲線，帶「x」標記的曲線為兩套發電電路的風力發電機組的發電量曲線，帶「·」標記的曲線為切除一套發電電路後的風力發電機組的發電曲線。對於3MW風機而言，如果風機半功率1.5MW運行，採用本發明提供的風力發電機組的控制方法，且一套發電電路切除之後，風機仍有1.5MW的輸出能力。整個發電輸出模式如下，由於風速小於7.5m/s之前機組發電功率小於1.5MW，在3-7.5m/s，一套發電電路切除後不影響整機輸出；7.5-10.4m/s一套發電電路切除後，風力發電機組出力能夠恆定在1.5MW的輸出，但原有兩套發電電路的出力不足3MW，輸出功率損失不超過50％；10.4-22m/s，一套發電電路切除後，風力發電機組出力能夠恆定在1.5MW的輸出，原有兩套發電電路的出力為3MW，輸出功率損失為原來的50％。假設風力發電機組的整機利用率為95％，則採用本發明的風力發電機組的控制方法，機組的可利用率提高至98.3％，提升了3.36個百分點，發電量增加了168282度。

綜上舉例，進一步證明本發明提供的風力發電機組的控制方法不僅對風力發電機組的充分利用，提高了風力發電機組的發電量。

在一個優選的實施例中，本發明的實施例還提供一種上層控制器，所述上層控制器包括一個或多個程序模塊，被配置為由一個或者多個處理器執行。一個或多個程序模塊包括：故障類型確定單元221、運行模式確定單元222和運行命令生成單元223。故障類型確定單元221、運行模式確定單元222和運行命令生成單元223的功能參見上文所述，此處不再贅述。

在一個優選的實施例中，本發明還提供一種電腦程式產品，所述電腦程式產品包括計算機可讀的存儲介質和內嵌於其中的電腦程式，所述電腦程式包括用於執行步驟S802至步驟S814的指令。

優選的，所述電腦程式還包括用於執行步驟S901和步驟S902的指令。

優選的，所述電腦程式還包括用於執行步驟S1001和步驟S1002的指令。

本領域普通技術人員可以理解：實現上述各方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬體來完成。前述的程序可以存儲於一可讀取存儲介質中。該程序在執行時，執行包括上述各方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括：ROM、RAM、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。

本發明實施例中上層控制器的各個功能單元可以集成在一個處理模塊中，也可以是各個單元單獨的物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個模塊中。上述集成的模塊既可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能模塊的形式實現。所述集成的模塊如果以軟體功能模塊的形式實現，並作為獨立的產品銷售或使用時，也可以存儲在一個計算機可讀存儲介質中。上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器、磁碟或光碟等。